CN101210831B - 对传感器的输出信号进行编码的方法 - Google Patents

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Abstract

用于对确定轴的转角、尤其是内燃机曲轴转角的装置中的传感器(6)的输出信号进行编码的方法，其中所述轴与具有非对称分度的齿(3)和齿槽(4)的传感轮(1)连接，并且为该传感轮(1)配有至少一个包括有两个传感器元件(7，7’)的差动传感器(6)，其中该差动传感器(6)产生输出信号，该输出信号是两个传感器元件(7，7’)的信号的差分，其中所述输出信号是矩形信号，该矩形信号可以采用第一值或第二值。由所述两个传感器元件(7，7’)的信号求出轴的旋转方向以及掠过传感器(6)的齿(3)与相邻的齿槽(4)的分度比例(T)，并将旋转方向以及分度(T)编码成为按脉冲宽度编码的输出信号。

Description

对传感器的输出信号进行编码的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对确定轴的转角、尤其是内燃机曲轴转角的装置中的传感器的输出信号进行编码的方法，其中所述轴与具有非对称分度的齿和齿槽的传感轮连接，并且为该传感轮配有至少一个包括有两个传感器元件的差动传感器，其中该差动传感器产生输出信号，该输出信号是两个传感器元件的信号的差分(Differenz)，其中所述输出信号是矩形信号，该矩形信号可以采用第一值或第二值。本发明还涉及一种用于实施所述方法的计算机程序。
背景技术
测定曲轴角度对于内燃机的控制具有重要的意义。现有技术中，已知的解决方案是在曲轴和/或凸轮轴上应用尤其是增量传感器。通常，传感盘具有增量标记，包括齿和齿槽，它们可以与曲轴和凸轮轴的信号共同作用，实现对发动机位置的测定。
这种型式的传感器系统可以通过增量标记的不均匀布置，对曲轴的绝对位置进行测定。通常的实现方法是具有60减2个齿的传感轮，也就是58个齿以及2齿的传感轮槽。
这种槽的不足之处在于，在槽之内用于精确确定曲轴角度的增量不足。在槽之内，通过发动机的控制进行曲轴角度的推算，然而这种推算由于曲轴角速度的不均匀性是有缺陷的。内燃机的现代工作方法对于精度，尤其是用于测定喷射位置的精度提出了更高的要求，无论是汽油发动还是柴油发动机。
可以通过增量标记的非对称分布以及齿与齿槽的不对称布置来避免传感轮槽。取代传感轮槽，使齿和齿槽之间的分度在一个或多个齿/齿槽对上有变化。为了提高在识别这种变化时的精度，通常使齿和齿槽总体上构造为不对称，并且在替代了以前传感轮槽的范围里，使不对称例如简单地发生转动。如果例如齿占据的曲轴角度为4°，而齿槽占据的曲轴角度为2°，那么通过这种比例的倒转就代替了传感轮槽，也就是说通过齿占据例如2°，而齿槽占例如4°。
通过对下降的齿面进行分析处理，即使在从前的槽内，也在每6°曲轴角度为发动机控制器提供信号，并且附带地通过对齿时间与槽时间的比例进行分析处理，识别出传感轮的经证实的位置。
由于当前典型的曲轴角度传感器的结构型式使得难于进行所述附带的对齿时间与槽时间的比例的分析处理。这些传感器一般为所谓的差动传感器。信号处理包括了由空间上相互分开的传感器元件形成适合的差分。相比于只具有一个传感器元件的所谓单传感器的主要优点是，明显改善了传感器信号的再现性。再现性的改善意味着，在检测和扫描传感轮的增量标记时统计误差的减小。由于外部干扰场或传感轮至传感器的气隙变化而引起的磁场的所有变化，在单传感器的情况下作用于传感器的开关阈，但对于差动传感器来说则没有。即差动传感器相对于安装位置和外部磁场来说更坚固稳定。差动传感器在差分信号过零点时在齿或者说齿槽的中间接通。非对称地划分的传感轮只是在从一种齿与槽的分度过渡到另一种齿与槽的分度时才一次性地产生非对称的输出信号。因此只是在代替了以前传感轮槽的变化的齿距的开始和结束时，才给发动机控制的分析处理提供不等于1的齿时间与槽时间的比例。在检测其余的传感轮时，尽管齿距不对称但齿时间与槽时间大致相等。
另外还已知，附带地对曲轴的旋转方向进行分析处理。将这种信息传输到发动机控制器的一种已知的解决方案是，应用可变的脉冲长度。因为通过发动机控制器来确定由曲轴所掠过的角度的增量只是使用了侧缘(Flanke)之一，一般是升起的侧缘，因此其它的侧缘可以被用来对其它的信息进行编码。旋转方向在这里通过脉冲长度的变化来传送。
现有技术的缺点在于：对传感轮槽的分析处理或者对传感轮的代替了传感轮槽的变化的分度的分析处理，只能根据识别升起的侧缘来实现，它们被传送给发动机控制器。
发明内容
本发明的任务提出一种方法，它可以更好地识别出传感轮的变化的分度，这种变化的分度代替了传感轮槽。
这项任务如此完成：用于对确定轴的转角、尤其是内燃机曲轴转角的装置中的传感器的输出信号进行编码的方法，其中所述轴与具有非对称分度的齿和齿槽的传感轮连接，并且为该传感轮配有至少一个包括有两个传感器元件的差动传感器，其中该差动传感器产生输出信号，该输出信号是两个传感器元件的信号的差分，其中所述输出信号是矩形信号，该矩形信号可以采用第一值或第二值，其中由所述两个传感器元件的信号求出轴的旋转方向以及掠过传感器的齿与相邻的齿槽的分度比例，并将旋转方向以及分度编码成为按脉冲宽度编码的输出信号。
优选规定，所述分度就是齿的角度段与紧接着的齿槽的角度段之比。齿的角度段和齿槽的角度段就是它们在传感轮上所掠过的角度范围。在技术背景中已知的分度为6°的传感轮中，两者分别为6°。
另外优选规定，将由传感轮的升起的齿面对传感器的掠过实时地作为侧缘进行编码，并通过到该侧缘的时间距离产生跟随着该侧缘的相对侧缘，其中所述时间距离将旋转方向以及分度编码。所述侧缘和相对侧缘这里是指升起的和下降的侧缘的组合。如果侧缘是升起的侧缘，那么相对侧缘就是下降的侧缘，反之亦然。
此外优选规定，旋转方向由传感器元件的信号的时间顺序来求出。传感器元件的信号在时间上相互紧随着，因为它们在传感轮的旋转方向上看是相互并排布置的。优选还规定：由传感器元件之一的信号求出分度。
开头所述的任务也通过一种确定轴的转角、尤其是内燃机曲轴转角的装置中的传感器来完成，其中所述轴与具有非对称分度的齿和齿槽的传感轮连接，并且为该传感轮配有至少一个差动传感器，其中该差动传感器包括两个传感器元件并产生至少一个输出信号，该输出信号是两个传感器元件的信号的差分信号，其中所述输出信号是矩形信号，该矩形信号可以采用第一值或第二值，其特征在于，由所述两个传感器元件的信号求出轴的旋转方向以及掠过传感器的齿与相邻齿槽的分度比例，并将旋转方向以及分度编码成为按脉冲宽度编码的输出信号。
开头所述的问题也通过具有程序代码的计算机程序来解决，当程序在计算里运行时，用于执行本发明所述方的所有步骤。
附图说明
以下根据附图对本发明的实施例进行详细说明。附图所示为：
图1具有配属传感器的传感轮的简图；
图2具有传感轮槽的传感轮的展开图，以及具有不对称分度的传感轮的展开图；
图3用于差动传感器的分析处理电路；
图4具有可变的脉冲长度的信号；
图5用于对两个传感器元件的输出信号进行信号处理的电路简图；
图6用于确定分度比例的方法流程框图。
具体实施方式
图1示出一种本身已知的传感轮1的简图，传感轮与这里未示出的内燃机曲轴连接，并在曲轴旋转时围绕轴线2旋转。传感轮1具有传感轮标记(记号)，这些传感轮标记通过交替布置齿3和齿槽4形成。在相互跟随的成对的齿3和齿槽4之间的距离达6°。齿3和齿槽4可以在相同的角度范围3°上上延伸，但也可以不对称地分布，例如齿3覆盖角度范围2°，齿槽4覆盖角度范围4°。通过去掉齿3形成角度为12°的传感轮槽5，这样形成传感轮槽5。
传感轮1配有传感器6，传感器6包括有两个传感器元件7，它们例如可以是霍尔元件、感应式传感器或类似器件。传感器元件7通过信号线8提供出电信号，由该电信号，在分析处理逻辑装置9里形成差分信号，此差分信号通过信号线10被传输给未示出的内燃机的控制器。齿3和齿槽4在旁边移过传感器元件7，就在传感器元件7的输出端产生电压变化，这些电压变化通过信号线8被进一步传送至分析处理逻辑装置9。传感器元件7在传感轮1的圆周方向上错开地布置，因此在传感轮1旋转时，齿3或齿槽4时间错开地首先在两个传感器元件7之一旁边移过，然后在两个传感器元件7中的另一个旁边移过。
替代在传感轮1里设置传感轮槽5，已知传感轮的不对称分度。也就是有一对或多对齿3和齿槽4，它们虽然一起在传感轮上上占有角度6°，但其中齿3与齿槽4的分布是变化的。如果例如齿与齿槽的分布分别为3°，即每个齿3就在传感轮1上占有角度3°，而每个齿槽4在传感轮1上占有的角度也为3°，通过例如使一对齿3和齿槽4具有不同分布，例如使齿占有角度2°，而配属的齿槽4则占有角度4°，那么就可以形成指示标记。这样的标记也可以多重地相继布置，用于保证更可靠的可识别性。
图2在上面示出了具有齿槽5的传感轮1的展开图，而在下面则示出具有非对称分度T的传感轮1的展开图。这些展开图分别示出为标志着齿3和齿槽4的特征的线条。在图2中上面的图中可以见到传感轮槽5占有角度为9°。齿3以及齿槽4分别占有角度为3°，因此齿3的相同类型的侧缘的间距分别为6°。依照电矩形信号，相同类型的侧缘是指齿3的各一个齿面，这些齿面相对于传感轮1的旋转方向而言位于相同的齿侧，就是说例如在展开图中，如在图2中所示那样，所有位于齿3右侧的齿面。
在图2中下面图中示出了具有非对称分度T的传感轮1。齿3与齿槽4的分布这里为T＝2∶1，就是说，齿在传感轮1上占有角度段4°，而齿槽则占有角度段为3°。这里设有两对齿3’和齿槽4’，而不是一个齿槽，其中分度为T＝1∶2，也就是说，其中齿3’占有角度段2°，而齿槽4’占有角度段4°。
两对相互跟随的齿3’和齿槽4’具有与其余58对齿3和齿槽4不同的分度，这两对相互跟随的齿3’和齿槽4’在这里称之为对称槽11’。
图3示出用于处理传感器6的信号的分析处理单元的电路框图。传感器6在图3中通过虚线与其余的电路元件分隔开。如在图1中所示那样，传感器6包括有两个传感器元件7，它们分别用连接线8和8’与差动放大器11连接。差动放大器11的输出信号经过高通滤波器13被输送给施密特触发器(Schmitt-Trigger)14的第一输入端，并经过第二高通滤波器12被输送给施密特触发器14的第二输入端，其中第二高通滤波器12通过电容15接地。在施密特触发器14的输出端有信号，它被输送给晶体管16的基极15。在晶体管16的集电极17上有输出信号。晶体管16的发射极19接地，平行于发射极-集电极段，也就是在接地和晶体管16的集电极17之间连接有保护二极管18。在输出端Q是两个传感器元件7的已放大并经滤波的差分信号。图3所示的电路与传感器6一起置于共同的壳体里，这用包围住电路的矩形20简略示出。在电路的上部示出供电单元21，该供电单元包括电压产生单元21，该电压产生单元通过第一保护二极管23和第二保护二极管24供给电压，其中第一保护二极管23与供电电压Vs连接，而第二保护二极管24接地。
通常在升起的和下降的侧缘中，只利用升起的侧缘，即从齿槽4至齿3的过渡的侧缘。下降的侧缘并不使用。此后，升起的侧缘可以被理解为从齿槽4至齿3的过渡的同义词，它被传感器6转换成相应的电信号。相应地，所谓下降的侧缘可以理解为从齿3至齿槽4的过渡，其中这个过渡又被传感器6转变成电信号。在升起的侧缘时，电信号是否从高过渡到低或者从低过渡到高，这取决于电结构构造，在这里主要的不是对升起和下降侧缘的电定义，而是电信号同齿与齿槽的几何过渡的配属关系。
因为只有升起的侧缘由于精度原因由以下的控制器功能进行分析，下降的侧缘被用来对曲轴的旋转方向进行编码。一种本身已知的用于传输信息给发动机控制器的解决方案是可变的脉冲长度，如这在图4中所示那样。方向信息也就是通过所传输信号的高值H和低值L的比例关系来传输。升起的侧缘SF没有信号延迟和其它处理就被输送，在差动传感器的情况下，即只要传感轮1以齿3掠过传感器6，就将升起的侧缘传输给信号线。下降的侧缘FF只传输旋转方向的信息。高值H与低值L的比例示出于图4中。在升起的侧缘SF和下降的侧缘FF之间的信号是高值H，在下降的侧缘FF和升起的侧缘SF之间的信号是低值L。线Z示出了传感轮的展开图的一部分。对于图4中称为PL1的信号来说，脉冲宽度比P＝(低值L的持续时间)除以(高值H的持续时间)的值明显小于1，其下面所示的信号PL2对于脉冲宽度比例来说得出的值明显大于1。通过不同的脉冲宽度比P＝H/L，就可以将关于旋转方向的信息从传感器6传送给控制器。
按照本发明，除了传输旋转方向之外，也传输齿距，也就是传输传感轮的齿长与齿槽长的比例。当传感轮具有不对称分度时，如前所示那样，那就有两种齿3与齿槽4的分度，即分度2∶1和分度1∶2，其中后者是类似于现有技术中所已知的传感轮槽的一种标记。按照本发明，将这两个不同的分度比例通过所传输信号的脉冲宽度进行编码。
除了两个旋转方向向左和向右之外，也传输所述两个分度比例，它们被称为TV1和TV2。这种传输如此进行编码，使得由唯一的值、也就是由脉冲宽度比例P，既传输旋转方向也传输分度。总共有四种旋转方向和分度比例的组合，它们示出于下面的表1。
表1
 TV1＝1  TV2＝1
 2*TB  4*TB
旋转方向左 1*TB  3*TB  5*TB
旋转方向右 2*TB  4*TB  6*TB
TV1＝1表示分度为2∶1，TV2＝1表示分度为1∶2。DR左和DR右是曲轴的两个旋转方向。这里通过旋转方向和分度比例的数值相加进行编码，因此该数值是单义明确的。这里可以进行任意其它单义明确的编码。
图5示出了用于对两个传感器元件7和7’的输出信号进行处理的电路简图，这两个传感器元件一起布置在差动传感器6里。传感器元件7和7’的输出信号被输送给差动放大器DV，在该差动放大器的输出端，差分信号存在为矩形信号的形式，作为传感轮1的反映。其中为确定当前在差动传感器6旁边经过的齿和齿槽对的标记占空比例(Tastver-haeltniss)和分度比例，传感器元件7或7’之一的信号，这里举例是传感器元件7’的信号，被输送给用于确定标记占空比例的组件TV。在组件TV的输出端存在有代表着分度的信号。组件TV和差动放大器DV的输出被输送给编码装置KD，此编码装置按图4的说明对信号进行编码，并将其在输出端XS处输送给发动机控制器。
图6示出用于确定分度比例TV1或者TV2的方法实施例的方框图。例如按霍尔原理工作的传感器元件7、7’的输出信号是电压信号，该电压信号以其时间在高电位或者低电位上反映传感轮1，准确地说是齿3、3’和齿槽4、4’的顺序。在方法的步骤101里首先检验是否存在从低至高的侧缘。如果不是这样，那就选择N，又返回至步骤101的开始。如果识别到从低至高的侧缘，那就选J，使计时器T1在步骤102里设置为零并开始。在步骤103里使计时器T2设置为零并开始，其中步骤102和103也可以并行进行。在步骤104里要检查否存在从高至低的侧缘。如果没有，则选N，又返回至步骤104里检验步骤的开始处，如果识别到从高至低的侧缘，就选择J，使计时器1在步骤105里停止。在步骤106里继续检查是否有从低至高的侧缘。如果没有，那就通过选择N来重复此检验步骤，如果有从低至高的侧缘，那就选择J，则使计时器T2在步骤107里停止。接着在步骤108里确定标记占空比例TV。标记占空比例TV是由计时器T1所测的时间除以由计时器T2所测的时间的商，也就是TV＝T1/T2，其中计时器同由它所测量的时间都这样进行称呼，也就是用T1例如既是指计时器T1，也是指由计时器T1所测量的时间。在步骤109里接着检查标记占空比例是否大于或小于1。如果标记占空比例小于1，那就选择N，则在步骤110里设定值TV2＝1。同时设定值TV1＝0。如果标记占空比例TV大于1，在步骤109里选择J，于是在步骤111里设定值TV1＝1，其中设TV2＝0。也就是说值TV1和TV2只能交替地采用值1。

Claims (8)

1.用于对确定轴的转角的装置中的传感器(6)的输出信号进行编码的方法，其中所述轴与具有非对称分度的齿(3)和齿槽(4)的传感轮(1)连接，并且为该传感轮(1)配有至少一个包括有两个传感器元件(7，7’)的差动传感器(6)，其中该差动传感器(6)产生输出信号，该输出信号是两个传感器元件(7，7’)的信号的差分，其中所述输出信号是矩形信号，该矩形信号能够采用第一值或第二值，其特征在于，由所述两个传感器元件(7，7’)的信号求出轴的旋转方向以及掠过传感器(6)的齿(3)与相邻齿槽(4)的分度比例(T)，并将旋转方向以及分度比例(T)编码成为按脉冲宽度编码的输出信号。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分度比例是齿的角度段与紧随着的齿槽的角度段之比。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将传感轮(1)的升起的齿面对传感器(6)的掠过实时地作为侧缘进行编码，并通过到该侧缘的时间距离产生跟随着该侧缘的相对侧缘，其中所述时间距离将旋转方向以及分度比例(T)编码。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述传感器元件(7，7’)的信号的时间顺序求出旋转方向。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述分度比例(T)由传感器元件(7’)之一的信号求出。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轴是内燃机曲轴。
7.确定轴的转角的装置中的传感器，其中所述轴与具有非对称分度的齿(3)和齿槽(4)的传感轮(1)连接，并且为该传感轮(1)配有至少一个包括有两个传感器元件(7，7’)的差动传感器(6)，其中该差动传感器(6)产生输出信号，该输出信号是两个传感器元件(7，7’)的信号的差分，其中所述输出信号是矩形信号，该矩形信号能够采用第一值或第二值，其特征在于，由所述两个传感器元件(7，7’)的信号求出轴的旋转方向以及掠过传感器(6)的齿(3)与相邻齿槽(4)的分度比例(T)，并将旋转方向以及分度比例(T)编码成为按脉冲宽度编码的输出信号。
8.按照权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述轴是内燃机曲轴。
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